Биткойн-протокол

Протокол Биткойн — это набор правил , которые регулируют функционирование Биткойна . Ее ключевыми компонентами и принципами являются: одноранговая децентрализованная сеть без центрального контроля; технология блокчейн , публичный реестр , в котором регистрируются все транзакции биткойнов; майнинг и доказательство работы , процесс создания новых биткойнов и проверки транзакций; и криптографическая безопасность.
Пользователи транслируют с криптографической подписью в сеть сообщения , используя программное обеспечение криптовалютного кошелька Биткойн . Эти сообщения представляют собой предлагаемые транзакции и изменения, которые необходимо внести в реестр. Каждый узел имеет копию всей истории транзакций реестра. Если транзакция нарушает правила протокола Биткойн, она игнорируется, поскольку транзакции происходят только тогда, когда вся сеть достигает консенсуса о том, что они должны состояться. Этот «полный сетевой консенсус» достигается, когда каждый узел в сети проверяет результаты операции доказательства работы, называемой майнингом . Майнинг упаковывает группы транзакций в блоки и создает хеш-код , соответствующий правилам протокола Биткойн. Создание этого хеша требует дорогостоящей энергии , но сетевой узел может проверить подлинность хеша, используя очень мало энергии. Если майнер предлагает блок в сети, и его хэш действителен, блок и изменения в его реестре добавляются в блокчейн, и сеть переходит к еще необработанным транзакциям. В случае возникновения спора правильной считается самая длинная цепочка. Новый блок создается в среднем каждые 10 минут.
Изменения в протоколе Биткойн требуют консенсуса среди участников сети. Протокол Биткойн вдохновил на создание множества других цифровых валют и технологий на основе блокчейна, что сделало его основополагающей технологией в области криптовалют .
Блокчейн [ править ]
![]() | Этот раздел пуст. Вы можете помочь, добавив к нему . ( июнь 2024 г. ) |
Технология блокчейн — это децентрализованный и безопасный цифровой реестр, в котором фиксируются транзакции в сети компьютеров. Он обеспечивает прозрачность, неизменяемость и устойчивость к несанкционированному вмешательству, что затрудняет манипулирование данными. Блокчейн является базовой технологией для криптовалют, таких как Биткойн, и имеет приложения, выходящие за рамки финансов, такие как управление цепочками поставок и смарт-контракты. [1]
Транзакции [ править ]

Сеть требует минимальной структуры для обмена транзакциями. децентрализованную Достаточно создать специальную сеть добровольцев. Сообщения передаются по принципу «максимально возможно» , и узлы могут покидать сеть и снова присоединяться к ней по своему желанию. При повторном подключении узел загружает и проверяет новые блоки с других узлов, чтобы завершить свою локальную копию блокчейна. [2] [3]
Горное дело [ править ]


Биткойн использует систему доказательства работы для формирования распределенного сервера временных меток в виде одноранговой сети . [3] Эту работу часто называют майнингом биткойнов .
Во время майнинга практически вся вычислительная мощность сети Биткойн используется для решения криптографических задач, что является доказательством работы. Их цель — гарантировать, что генерация действительных блоков требует определенных усилий, чтобы последующая модификация блокчейна, например, в сценарии атаки 51%, могла быть практически исключена. Из-за сложности майнеры формируют « пулы майнинга », чтобы получать выплаты, несмотря на высокие требования к мощности, дорогостоящее развертывание оборудования и контроль над оборудованием. В результате китайского запрета на майнинг биткойнов в 2021 году Соединенные Штаты в настоящее время владеют наибольшей долей пулов для майнинга биткойнов. [4] [5]
Требование доказательства работы для принятия нового блока в блокчейн было Сатоши Накамото ключевым нововведением . Процесс майнинга включает идентификацию блока, который при двойном хешировании с помощью SHA-256 дает число, меньшее заданной целевой сложности. Хотя средняя требуемая работа увеличивается обратно пропорционально целевой сложности, хеш всегда можно проверить, выполнив один раунд двойного SHA-256.
Для сети временных меток биткойнов действительное доказательство работы находится путем увеличения nonce до тех пор, пока не будет найдено значение, которое дает хешу блока необходимое количество начальных нулевых битов. Как только хеширование дало действительный результат, блок нельзя изменить без повторного выполнения работы. Поскольку последующие блоки присоединяются после него, работа по изменению блока будет включать в себя повторную работу для каждого последующего блока. Если есть отклонение в консенсусе, может произойти форк блокчейна .
Консенсус большинства в биткойнах представлен самой длинной цепочкой, для создания которой потребовалось наибольшее количество усилий. Если большая часть вычислительной мощности контролируется честными узлами, честная цепочка будет расти быстрее всех и опережать любые конкурирующие цепочки. Чтобы изменить предыдущий блок, злоумышленнику придется переделать доказательство работы этого блока и всех блоков после него, а затем превзойти работу честных узлов. Вероятность того, что более медленный злоумышленник догонит, экспоненциально уменьшается по мере добавления последующих блоков. [3]

Чтобы компенсировать увеличение скорости оборудования и изменение интереса к работе узлов с течением времени, сложность поиска действительного хеша корректируется примерно каждые две недели. Если блоки генерируются слишком быстро, сложность возрастает, и для создания блока и генерации новых биткойнов требуется больше хешей. [3]
Сложность и пулы майнинга [ править ]

Майнинг биткойнов — это конкурентное занятие. « Гонка вооружений » наблюдалась в различных технологиях хеширования, которые использовались для добычи биткойнов: базовые центральные процессоры (ЦП), высокопроизводительные графические процессоры (ГП), программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA) и прикладные технологии. специальные интегральные схемы Все использовались (ASIC), каждая из которых снижала прибыльность менее специализированной технологии. ASIC-специалисты, предназначенные для биткойнов, теперь являются основным методом добычи биткойнов и превысили скорость графического процессора почти в 300 раз. Сложность процесса майнинга периодически корректируется в зависимости от мощности майнинга, активной в сети. Поскольку добывать биткойны становится все труднее, компании-производители компьютерного оборудования отмечают рост продаж высококачественных продуктов ASIC. [8]
Вычислительные мощности часто объединяются или « объединяются », чтобы уменьшить разницу в доходах майнеров. Отдельным майнинговым установкам часто приходится ждать в течение длительного времени, чтобы подтвердить блок транзакций и получить оплату. В пуле все участвующие майнеры получают оплату каждый раз, когда участвующий сервер решает блок. Этот платеж зависит от объема работы, вложенной отдельным майнером в поиск этого блока, а также от платежной системы, используемой пулом. [9]
Воздействие на окружающую среду


Добытые биткойны [ править ]

По соглашению, первая транзакция в блоке — это специальная транзакция, которая производит новые биткойны, принадлежащие создателю блока. Это стимул для узлов поддерживать сеть. [2] Это дает возможность ввести в обращение новые биткойны. Награда за майнинг уменьшается вдвое каждые 210 000 блоков. Он начался с 50 биткойнов, затем упал до 25 в конце 2012 года и до 6,25 биткойнов в 2020 году. Последнее сокращение вдвое, которое произошло 20 апреля 2024 года в 00:09 по всемирному координированному времени (с номером блока 740 000), уменьшило вознаграждение за блок до 3,125 биткойнов. . [14] [15] Ожидается, что следующее сокращение вдвое произойдет в 2028 году, когда награда за блок упадет до 1,625 биткойнов. [16] [17] Этот процесс разделения пополам запрограммирован на продолжение максимум 64 раз, прежде чем создание новых монет прекратится. [18]
Проверка платежа [ править ]
Каждый майнер может выбирать, какие транзакции включать в блок или исключать из него. [19] Большее количество транзакций в блоке не означает большую вычислительную мощность, необходимую для решения этого блока. [19]
Как отмечается в официальном документе Накамото, можно проверять платежи в биткойнах, не запуская полный узел сети (упрощенная проверка платежей, SPV). Пользователю нужна только копия заголовков блоков самой длинной цепочки, которые доступны путем запроса сетевых узлов до тех пор, пока не станет очевидно, что самая длинная цепочка была получена; затем получите ветвь дерева Меркла, связывающую транзакцию с ее блоком. Привязка транзакции к месту в цепочке показывает, что узел сети ее принял, а добавленные после нее блоки дополнительно подтверждают подтверждение. [2]
Возможности протокола [ править ]
Безопасность [ править ]
Были рассмотрены различные потенциальные атаки на сеть биткойн и ее использование в качестве платежной системы, реальные или теоретические. Протокол Биткойн включает в себя несколько функций, которые защищают его от некоторых из этих атак, таких как несанкционированные расходы, двойные расходы, подделка биткойнов и вмешательство в блокчейн. Другие атаки, такие как кража закрытых ключей, требуют от пользователей должной осторожности. [20] [21]
Несанкционированные траты [ править ]
Несанкционированные расходы уменьшаются за счет реализации в Биткойне криптографии с открытым и закрытым ключами. Например, когда Алиса отправляет биткойн Бобу, Боб становится новым владельцем биткойна. Ева, наблюдая за транзакцией, возможно, захочет потратить только что полученные Бобом биткойны, но она не сможет подписать транзакцию, не зная закрытого ключа Боба. [21]
Двойные траты [ править ]
Конкретной проблемой, которую должна решить система интернет-платежей, является двойное расходование , при котором пользователь платит одну и ту же монету двум или более разным получателям. Примером такой проблемы может служить ситуация, когда Ева отправила биткойн Алисе, а затем отправила тот же биткойн Бобу. Сеть биткойнов защищает от двойных расходов, записывая все переводы биткойнов в реестр (блокчейн), видимый всем пользователям, и гарантируя, что все переведенные биткойны не были потрачены ранее. [21] : 4
Гоночная атака [ править ]
Если Ева предлагает заплатить Алисе биткойн в обмен на товары и подписывает соответствующую транзакцию, все равно возможно, что она также создаст другую транзакцию, одновременно отправляя тот же биткойн Бобу. По правилам сеть принимает только одну из транзакций. Это называется гоночной атакой , поскольку между получателями происходит гонка за право первыми принять транзакцию. Алиса может снизить риск расовой атаки, оговорив, что она не будет доставлять товар до тех пор, пока платеж Евы Алисе не появится в блокчейне. [22]
Вариант расовой атаки (который был назван атакой Финни по имени Хэла Финни) требует участия шахтера. Вместо того, чтобы отправлять в сеть оба платежных запроса (чтобы заплатить Бобу и Алисе одними и теми же монетами), Ева выдает в сеть только платежный запрос Алисы, в то время как сообщник пытается добыть блок, который включает платеж Бобу, а не Алисе. Существует положительная вероятность того, что мошеннический майнер добьется успеха раньше сети, и в этом случае платеж Алисе будет отклонен. Как и в случае с атакой простой гонки, Алиса может снизить риск атаки Финни, дождавшись включения платежа в блокчейн. [23]
Изменение истории [ править ]
Каждый блок, добавляемый в блокчейн, начиная с блока, содержащего данную транзакцию, называется подтверждением этой транзакции. В идеале продавцам и службам, получающим платежи в биткойнах, следует дождаться хотя бы нескольких подтверждений, которые будут распространены по сети, прежде чем считать, что платеж был произведен. Чем больше подтверждений ожидает продавец, тем сложнее злоумышленнику успешно отменить транзакцию — если только злоумышленник не контролирует более половины общей мощности сети, и в этом случае это называется атакой 51% или атакой большинства. . [24] Хотя это сложнее для злоумышленников меньшего размера, могут существовать финансовые стимулы, которые сделают атаки с изменением истории прибыльными. [25]
Масштабируемость [ править ]

Проблема масштабируемости Биткойна связана с ограниченной способностью сети Биткойн обрабатывать большие объемы данных транзакций на своей платформе за короткий промежуток времени. [26] Это связано с тем, что записи (известные как блоки Биткойна ) в блокчейне ограничены по размеру и частоте. [27]
Блоки Биткойна содержат транзакции в сети Биткойн. [28] : гл. 2 Производительность обработки транзакций в сети Биткойн ограничена средним временем создания блока, равным 10 минутам, и предельным размером исходного блока, равным 1 мегабайту. сети Все это вместе ограничивает пропускную способность . Максимальная мощность обработки транзакций, оцененная с использованием среднего или медианного размера транзакции, составляет от 3,3 до 7 транзакций в секунду. [27] Существуют различные предлагаемые и активированные решения для решения этой проблемы.Конфиденциальность [ править ]
Деанонимизация клиентов [ править ]
Деанонимизация — это стратегия интеллектуального анализа данных, при которой анонимные данные сопоставляются с другими источниками данных для повторной идентификации анонимного источника данных. Наряду с анализом графа транзакций, который может выявить связи между биткойн-адресами (псевдонимами), [20] [29] возможно нападение [30] который связывает псевдоним пользователя с его IP-адресом . Если партнер использует Tor , атака включает в себя метод отделения узла от сети Tor, заставляя его использовать свой реальный IP-адрес для любых дальнейших транзакций. По состоянию на 2014 год стоимость атаки на всю сеть Биткойн оценивалась менее чем в 1500 евро в месяц. [30]
Механизм консенсуса и обновления [ править ]
![]() | Этот раздел пуст. Вы можете помочь, добавив к нему . ( ноябрь 2023 г. ) |
и влияние Влияние
![]() | Этот раздел пуст. Вы можете помочь, добавив к нему . ( ноябрь 2023 г. ) |
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Хат, Муди. «Что такое технология блокчейн и как она работает» .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Накамото, Сатоши (24 мая 2009 г.). «Биткойн: одноранговая электронная денежная система» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 июля 2010 года . Проверено 20 декабря 2012 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Барбер, Саймон; Бойен, Ксавье; Ши, Элейн и Узун, Эрсин (2012). «От горького к лучшему – как сделать Биткойн лучшей валютой» (PDF) . Финансовая криптография и безопасность данных . Конспекты лекций по информатике. 7397 . Издательство Springer : 399–414. дои : 10.1007/978-3-642-32946-3_29 . ISBN 978-3-642-32945-6 .
- ^ Сигалос, Маккензи (15 июня 2021 г.). «Китай выгоняет более половины мировых майнеров биткойнов – и многие из них могут быть отправлены в Техас» . CNBC . Проверено 5 декабря 2023 г.
- ^ «Кембриджский индекс потребления электроэнергии в биткойнах (CBECI)» . ccaf.io. Проверено 5 декабря 2023 г.
- ^ «Биткойн-мания вредит компьютерным геймерам, вызывая рост цен на графические процессоры» . 30 января 2018 г. Архивировано из оригинала 2 февраля 2018 г. Проверено 2 февраля 2018 г.
- ^ «Операция по добыче криптовалюты запущена компанией Iron Bridge Resources» . Мировая нефть . 26 января 2018 г. Архивировано из оригинала 30 января 2018 г.
- ^ «Биткойн-бум приносит пользу TSMC: отчет» . Тайбэй Таймс . 4 января 2014 г.
- ^ Розенфельд, Мени (17 ноября 2011 г.). Анализ систем вознаграждения за майнинг в пулах биткойнов . arXiv : 1112.4980 . Бибкод : 2011arXiv1112.4980R .
- ^ Хуанг, Джон ; О'Нил, Клэр; Табути, Хироко (3 сентября 2021 г.). «Биткойн потребляет больше электроэнергии, чем многие страны. Как это возможно?» . Нью-Йорк Таймс . ISSN 0362-4331 . Архивировано из оригинала 17 февраля 2023 года . Проверено 1 февраля 2022 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б де Врис, Алекс; Столл, Кристиан (декабрь 2021 г.). «Растущая проблема биткойн-электронных отходов» . Ресурсы, сохранение и переработка . 175 : 105901. doi : 10.1016/j.resconrec.2021.105901 . ISSN 0921-3449 . S2CID 240585651 . Архивировано из оригинала 23 ноября 2021 года . Проверено 6 октября 2022 г.
- ^ Лал, Апурв; Чжу, Джесси; Ты, Фэнци (13 ноября 2023 г.). «От майнинга к смягчению последствий: как Биткойн может поддержать развитие возобновляемых источников энергии и борьбу с изменением климата» . ACS Устойчивая химия и инженерия . 11 (45): 16330–16340. doi : 10.1021/acssuschemeng.3c05445 . ISSN 2168-0485 . S2CID 264574360 . Архивировано из оригинала 23 ноября 2023 года . Проверено 23 ноября 2023 г.
- ^ Столл, Кристиан; Клаассен, Лена; Галлерсдёрфер, Ульрих; Ноймюллер, Александр (июнь 2023 г.). Климатические последствия добычи биткойнов в США (отчет). Серия рабочих документов. Центр исследований энергетической и экологической политики Массачусетского технологического института. Архивировано из оригинала 18 ноября 2023 года . Проверено 18 ноября 2023 г.
- ^ Мачил, Таная (20 апреля 2024 г.). «Сеть Биткойн завершает четвертое в истории сокращение вознаграждений майнерам вдвое» . CNBC . Проверено 20 апреля 2024 г.
- ^ «Итак, халвинг биткойнов завершен. Что произошло и что дальше?» . Инвестопедия . Проверено 20 апреля 2024 г.
- ^ https://coinpedia.org/beginners-guide/what-is-bitcoin-halving/
- ^ https://markets.businessinsider.com/news/currities/bitcoin-halving-event-cryptocurrency-new-all-time-high-halvening-explained-2024-3
- ^ Антонопулос, Андреас М (1 июля 2017 г.). Освоение биткойнов: программирование открытого блокчейна (2-е изд.). Севастополь, Калифорния, США: O'Reilly Media. п. 239. ИСБН 978-1-4919-5438-6 . OCLC 953432201 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Хоуи, Н. (2016). «Игра по майнингу биткойнов» . Леджер . 1 : 53–68. дои : 10.5195/ledger.2016.13 . Проверено 14 января 2017 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Рон Дорит; Ади Шамир (2012). «Количественный анализ полного графика транзакций биткойнов» (PDF) . Архив электронной печати по криптологии . Проверено 18 октября 2012 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Джерри Брито и Андреа Кастильо (2013). «Биткойн: учебник для политиков» (PDF) . Центр Меркатус . Университет Джорджа Мейсона. Архивировано из оригинала (PDF) 21 сентября 2013 года . Проверено 22 октября 2013 г.
- ^ Эрик Бонадонна (29 марта 2013 г.). «Биткойн и проблема двойных расходов» . Корнеллский университет . Проверено 22 октября 2014 г.
- ^ Караме, Гассан О.; Андрулаки, Элли; Чапкун, Срджан (2012). «Два биткойна по цене одного? Атаки двойных расходов на быстрые платежи в биткойнах» (PDF) . iacr.org . Международная ассоциация криптологических исследований . Проверено 22 октября 2014 г.
- ^ Майкл Дж. Кейси; Пол Винья (16 июня 2014 г.). «Краткосрочные меры по предотвращению «атаки 51%» » . Денежный бит . Уолл Стрит Джорнал . Проверено 30 июня 2014 г.
- ^ Бар-Зур, Рой; Абу-Ханна, Амир; Эяль, Иттай; Тамар, Авив (2023). Симпозиум IEEE по безопасности и конфиденциальности (SP) 2023 г. Компьютерное общество IEEE. дои : 10.1109/SP46215.2023 . ISBN 978-1-6654-9336-9 . Проверено 15 мая 2023 г.
- ^ [Пределы блокчейна? Масштабирование против децентрализации.] Сеть социальных исследований. Электронный журнал по кибербезопасности, конфиденциальности и сетям. По состоянию на 21 апреля 2019 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Кроман, Кайл; Эяль, Иттай (2016). «О масштабировании децентрализованных блокчейнов» (PDF) . Финансовая криптография и безопасность данных . Конспекты лекций по информатике. Том. 9604. стр. 106–125. дои : 10.1007/978-3-662-53357-4_8 . ISBN 978-3-662-53356-7 . Проверено 10 декабря 2017 г.
Максимальная пропускная способность — это максимальная скорость, с которой блокчейн может подтверждать транзакции. Сегодня максимальная пропускная способность биткоина составляет 3,3–7 транзакций в секунду [1]. Это число ограничено максимальным размером блока и временем между блоками.
- ^ Антонопулос, Андреас М. (апрель 2014 г.). Освоение Биткойна. Разблокировка цифровых криптовалют . О'Рейли Медиа. ISBN 978-1-4493-7404-4 .
- ^ Рид, Фергал; Харриган, Мартин (2013). «Анализ анонимности в системе Биткойн». Безопасность и конфиденциальность в социальных сетях . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. стр. 197–223. arXiv : 1107.4524 . дои : 10.1007/978-1-4614-4139-7_10 . ISBN 978-1-4614-4138-0 .
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Бирюков, Алекс; Ховратович Дмитрий; Пустогаров, Иван (2014). «Деанонимизация клиентов в P2P-сети Bitcoin» . Конференция ACM по компьютерной и коммуникационной безопасности . arXiv : 1405.7418 . Бибкод : 2014arXiv1405.7418B . ISBN 9781450329576 . Архивировано из оригинала 22 мая 2017 года . Проверено 16 мая 2017 г.
Цитируемые работы [ править ]
- де Врис, Алекс; Галлерсдёрфер, Ульрих; Клаассен, Лена; Столл, Кристиан (16 марта 2022 г.). «Возвращаясь к углеродному следу Биткойна» . Джоуль . 6 (3): 498–502. дои : 10.1016/j.joule.2022.02.005 . ISSN 2542-4351 . S2CID 247143939 .